高强度钢车身冲压件拉深模具型面设计研究

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汽车车身在质量和造价上已攀升至新车型整车质量及价格的50%~70%,车身及其模具的开发占据新车型开发2/3的时间。高强度钢(HSS,high strength steel)提供了足够的强度和刚度,以及良好的性价比,并且具有高的吸能性和良好的抗疲劳性能,在车身制造领域得到越来越广泛的应用。  对于高强度钢来说,低碳钢的工艺并不一定能够适应,新的钢种需要新的工艺。钢板强度增加容易引起塑形和成形性能变差,而屈服强度的提高会造成面畸变和回弹效应加剧,增加形状不稳定性,因此高强度钢板成形工艺对现有的冷冲压技术来说具有较大的难度,研究高强度钢冲压成形性能及开发新的模具技术具有重要的工程意义。  本文通过总结高强度钢的成形难点及其冲压工艺研究现状,针对目前模具设计很大程度上依赖经验的问题,提出了一种基于满意度准则的高强度钢拉深模具型面关键参数响应面法优化方法,主要包括以下内容:  (1)分析高强度钢冲压成形难点,总结基于代理模型的冲压工艺优化技术研究现状,及高强度钢冲压成形新工艺及模具新技术,概述拉深模具型面设计方法。  (2)针对冲压工艺数值模拟的特点,分析影响模拟精度的网格划分技术、虚拟拉延筋技术,及精确回弹计算的原则,并计算NUMISHEET'2011 BM3算例以验证模拟的精度和效率。  (3)针对高强度钢难成形、回弹大的特点,采用特征图法确定冲压方向,以不同特征变形处厚度减薄率和不同截面处回弹量为质量目标,研究模面设计关键参数对高强度钢拉深质量的影响。  (4)采用Box-Behnken实验,建立厚度减薄率和回弹的多目标响应面回归模型,研究拉深模具型面设计参数对拉深质量的交互式影响,并采用基于整体满意度准则的非线性多目标优化方法对模面参数进行优化,通过有限元增量法对优化效果进行验证。  在模面补偿和模具结构完善的基础上,对加工的模具进行实冲实验,实验得到质量稳定并达标的冲压产品,证实了优化设计的有效性。本文提出的基于响应面法和满意度准则的一整套高强度钢板拉深模具型面优化设计方法,不仅能够克服高强度钢难成形、回弹量大的问题,还具有高效、高精的特点,可以明显减少模具设计阶段“试错”的工作量,提高模具设计效率和一次成功的几率,可以推广到实际工程应用中。
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